(57)【要約】【課題】ロードノイズのようなランダムな騒音を低減するための能動騒音低減装置として、低コストで実用性の高い能動騒音低減装置を提供する。【解決手段】特定の周波数の正弦波を生成する正弦波生成手段１０２と同一の周波数の余弦波を生成する余弦波生成手段１０３と、それらの出力を処理する２つの１タップデジタルフィルタ１０４、１０５からの出力を加算したものを出力とし、この出力と入力とを加算したものと前記正弦波生成手段１０２及び余弦波生成手段１０３からの出力とで前記２つの１タップデジタルフィルタ１０４、１０５のそれぞれの係数を更新する２つの係数更新手段１０６、１０７を持った処理回路１０１と、この処理回路１０１からの前記出力の位相、振幅を調整する調整回路１０８によりもとの騒音と逆位相の制御信号を発生させる。【選択図】図１
2007025527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の周波数の正弦波を生成する正弦波生成手段と同一の周波数の余弦波を生成する余弦波生成手段と、前記正弦波生成手段及び余弦波生成手段からの出力を処理する２つの１タップデジタルフィルタと、前記２つの１タップデジタルフィルタからの出力を加算したものを出力とし、この出力と入力とを加算したものと前記正弦波生成手段及び余弦波生成手段からの出力とで前記２つの１タップデジタルフィルタのそれぞれの係数を更新する２つの係数更新手段を持った処理回路と、この処理回路からの前記出力の位相、振幅を調整する調整回路と、この調整回路からの出力を音波、もしくは振動に変換する第１の変換手段と、前記処理回路の入力に接続された音波、もしくは振動を電気信号に変換する第２の変換手段から構成された能動騒音低減装置。
【請求項２】
それぞれ異なった特定の周波数の正弦波及び余弦波を生成する処理回路を並列に接続したことを特徴とする請求項１に記載の能動騒音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両の走行等により車室内に発生する不快な騒音いわゆるロードノイズに対し、逆位相かつ等振幅の干渉波を生成し干渉させることによって、騒音を低減する能動騒音低減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の能動騒音低減装置としては、伝統的な手法として騒音を低減したい場所にマイクを設置し、そのマイクの信号をもとの騒音と逆位相となるように位相、振幅調整回路で処理し、それをスピーカ等の電気音響変換手段から干渉波として出力し、マイク位置での騒音を低減するといういわゆるフィードバック法が古くから知られている。
【０００３】
また、いわゆるフィードフォワード法として、騒音と相関の高い信号を入力とし、その入力信号を騒音を低減したい場所に設置されたマイクの信号が小さくなるように適応するＮタップの適応型デジタルフィルタで処理し、それをスピーカ等の電気音響変換手段から干渉波として出力し、マイク位置での騒音を低減する方法等が知られている。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平３−２０３７９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記記載の伝統的なフィードバック法の課題は、もとの騒音と等振幅、逆位相の信号を生成する位相振幅調整回路にある。これには、一般的にアナログ素子であるコンデンサや抵抗、オペアンプ等が用いられて構成されるが、これらのアナログ素子であるコンデンサや抵抗には公差があり、実際の量産状態では理想の設計値からの誤差が発生する。また、急峻な特性の実現や複雑な特性の実現には多くのアナログ素子が必要となり、コストやサイズが大きくなるという欠点があった。
【０００６】
また、同じく上記記載のフィードフォワード法の課題としては、もとの騒音と逆位相・等振幅の信号を生成するＮタップの適応デジタルフィルタにあり、これを実現させるために高速度の演算処理を行うデジタルシグナルプロセッサを用いなければならない。この高速のデジタルシグナルプロセッサは非常に高価であるため、コスト面で大きな阻害要因となっていた。
【０００７】
このようにロードノイズのようなランダムな騒音を低減する従来の能動騒音低減装置は、コスト面の課題のほか、公差による設計値からの誤差、サイズ面などに課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明はロードノイズ等のランダム騒音を能動的に低減する能動騒音低減装置であって、騒音と逆位相の制御信号を発生するための方法として、特定の周波数の正弦波を生成する正弦波生成手段と同一の周波数の余弦波を生成する余弦波生成手段と、前記正弦波生成手段及び余弦波生成手段からの出力を処理する２つの１タップデジタルフィルタと、前記２つの１タップデジタルフィルタからの出力を加算したものを出力とし、この出力と騒音を低減させたい位置に置かれたマイク等の変換手段からの信号とを加算したものと前記正弦波生成手段及び余弦波生成手段からの出力とで前記２つの１タップデジタルフィルタのそれぞれの係数を更新する２つの係数更新手段を持った処理回路と、この処理回路からの前記出力の位相、振幅を調整する調整回路により生成し、そしてこの信号をスピーカ等の変換手段により干渉音として放射することにより能動騒音低減装置を構成している。
【０００９】
この構成により、アナログ素子を使用した場合に対し、アナログ素子固有の公差による誤差等の影響は発生しない。また、２つの適応型１タップデジタルフィルタの演算処理は非常に小さいものであり、フィードフォワード型のような高速のデジタルシグナルプロセッサ等も必要なく、安価なマイコンで能動騒音低減装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明における能動騒音低減装置によれば、フィードバック法における、もとの騒音と逆位相の制御信号をデジタル的にかつ簡単な構成で生成でき、アナログ素子を使ったものに比較してアナログ素子が持つ公差による誤差や素子数の増加等の問題を回避できるので、低コストで実用性の高い優れた能動騒音低減装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明における能動騒音低減装置の一実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態における能動騒音低減装置の構成を示すブロック図である。
【００１２】
処理回路１０１は特定の周波数の正弦波を発生する正弦波生成手段１０２、同一の周波数の余弦波を生成する余弦波生成手段１０３、正弦波生成手段１０２及び余弦波生成手段１０３のそれぞれの出力を処理する２つの１タップデジタルフィルタ１０４、１０５、入力と正弦波生成手段１０２、余弦波生成手段１０３との出力とが入力された２つの係数更新手段１０６、１０７からなり、これらの係数更新手段１０６、１０７はそれぞれに対応した１タップデジタルフィルタ１０４、１０５の係数を逐次更新している。処理回路１０１の出力は調整回路１０８により振幅及び位相を調整され、スピーカ等の第１の変換手段１０９に加えられる。マイク等の第２の変換手段１１０の出力は処理回路１０１の入力に加えられフィードバック型の能動騒音低減装置を構成している。
【００１３】
ここで、図１に示した本発明の実施の形態における能動騒音低減装置の騒音低減メカニズムを説明するために、図１における処理回路１０１の入出力特性について説明する。
【００１４】
図２は図１における処理回路１０１において出力から入力への接続を除いたもののブロック図であり、ここに記載の標記を使用して処理回路１０１の入出力特性を説明する。ここで処理回路１０１の入力信号はCos（ωｔ＋α）、正弦波生成手段１０２及び余弦波生成手段１０３の生成信号はそれぞれSinωoｔ、Cosωoｔとする。また係数更新手段１０６、１０７は一般的にLMSアルゴリズムにより、それぞれに対応した１タップデジタルフィルタ１０４、１０５の係数を更新しているが、その係数更新式は２つの１タップデジタルフィルタ１０４、１０５の現在の係数をそれぞれBn、Anで表すと
【００１５】
【数１】
2007025527.tif 000003
【００１６】
ここでμは収束係数と呼ばれる小さな係数値である。
【００１７】
【数２】
2007025527.tif 000004
【００１８】
まず、適応フィルタの係数An、Bnの変化△An、△Bnは次の式で表される。
【００１９】
【数３】
2007025527.tif 000005
【００２０】
ここで逐次更新された結果のAn、Bnは上式をそれぞれ積分して
【００２１】
【数４】
2007025527.tif 000006
【００２２】
また、Ａ及びＢの積分定数を０とし、ωｘ≫ωｙなのでωｘの項を無視すると
【００２３】
【数５】
2007025527.tif 000007
【００２４】
となる。
【００２５】
これにそれぞれ正弦波生成手段、余弦波生成手段１０２、１０３からの信号が加えられるので、それぞれ２つの１タップデジタルフィルタ１０５、１０４からの出力Ea、Ebは
【００２６】
【数６】
2007025527.tif 000008
【００２７】
よって、出力Etは
【００２８】
【数７】
2007025527.tif 000009
【００２９】
すなわち、式（１）は入力としてCos（ωｔ＋α）が加えられて出力される信号であり、ω＜ω０の時には入力信号より位相が９０°遅れ、ω＝ω０で１８０°ω＞ω０で９０°進む。また振幅はω０＝ωで無限大となり、ωがω０から離れるに従って｜ω０−ω｜に逆比例して低下していくのがわかる。
【００３０】
図３は上記により計算した図２のブロック図の伝達特性Et／Eiの特性例である。
【００３１】
つぎに処理回路１０１の伝達特性を説明する。
【００３２】
図４は図２のブロック図を処理回路１０１と同じ動作をするように、図２のブロック図の出力を入力にフィードバックした状態を表すブロック図である。図２で示した処理回路に相当する部分１１１の伝達関数をF(s)で表し、図３に示す特性であるとする。
【００３３】
このとき、図４のブロック図の伝達特性は
【００３４】
【数８】
2007025527.tif 000010
【００３５】
で表される。
【００３６】
式（２）で表される伝達特性例を図５に示す。図５から、処理回路１０１がω０を中心とするバンドパスフィルターの特性であることがわかる。またω０にて位相が１８０°であることもわかる。
【００３７】
そして、ω０は正弦波生成手段１０２、余弦波生成手段１０３の発生周波数であるから、このバンドパス特性の中心周波数は正弦波生成手段１０２、余弦波生成手段１０３の発生周波数を可変することによって容易に変更することができる。また、式（１）によりμを可変することによってこのバンドパス特性の帯域幅も容易に可変することができる。図６は処理回路１０１のμを変化させたときの伝達特性例である。
【００３８】
つぎに全体の消音のメカニズムについて説明する。
【００３９】
図７は本発明の実施の形態における能動騒音低減装置を電気回路的に簡略化して、その動作を説明するためのブロック図である。
【００４０】
１１２は処理回路１０１に相当する部分であり、その伝達特性はF1(S)で表され、１１３は調整回路１０８に相当する部分であり、その伝達特性はF2(S)で表される。また、１１４は第１の変換手段１０９と第２の変換手段１１０とそれらの間の空間伝達特性を含めたトータルの伝達特性を表す部分であり、その伝達特性はF3(S)で表されるものとする。入力Vnはもとの騒音に相当し、Veは制御後の騒音となる。
【００４１】
ここでVnとVeの関係式を導くと
【００４２】
【数９】
2007025527.tif 000011
【００４３】
となる。
【００４４】
この式の示すところは、１−F1(S)・F2(S)・F3(S)の絶対値が１より大きい場合には、制御後の騒音Veがもとの騒音Vnより小さくなることを示している。即ち、F1(S)・F2(S)・F3(S)を周波数特性的に表現すると、位相特性として１８０°でかつゲインが大きいほどその制御効果は大きくなるといえる。
【００４５】
本発明の場合は、F1(S)は図５のような特性であるため、F2(S)・F3(S)をω０において位相が０°となるように選ぶ。一般的にF3(S)は第１の変換手段１０９と第２の変換手段１１０とそれらの間の空間伝達特性を含めた伝達関数であることから、任意に設定することはできず、もっぱらF2(S)すなわち調整回路１０８によって調整される。この調整回路１０８での設定は上記でも述べたがF2(S)・F3(S)をω０において位相が０°となるようにF2(S)を調整する。
【００４６】
この調整回路１０８はアナログ回路でも構成できるが、デジタル回路にて構成した回路例を図８に示す。１１５は図１の処理回路１０１を簡略化し、２つの１タップデジタルフィルタ１０４、１０５の係数がそれぞれＡ、Ｂの時の状況を示したものであり、１１６はそれぞれ記載の係数を持つ１タップデジタルフィルタである。
【００４７】
ここで記載のVout1、Vout2を計算すると
【００４８】
【数１０】
2007025527.tif 000012
【００４９】
だけ進んでいることがわかる。このように１タップデジタルフィルタ１１６の係数Sa、Sbを適当に選ぶことによって振幅、位相の調整が可能であり、アナログ回路のような公差による誤差も発生しない。
【００５０】
図９は互いに異なる周波数の処理回路１０１を複数個並列に接続した本発明の他の実施の形態における能動騒音低減装置の構成を示すブロック図である。
【００５１】
１１７は互いに異なる周波数の処理回路を複数個並列に接続したブロック処理部である。このブロック処理部１１７の伝達特性例を図１０に示す。これと図５を比較すると、バンドパス特性の通過帯域が広がった形となっており、これまでの説明からわかるように広い帯域の騒音低減が可能になることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明の能動騒音低減装置は、元の騒音と逆位相の制御信号をデジタル的にかつ簡単な構成で生成でき、低コストで実用性の高い能動騒音低減装置を実現することができ、自動車の能動騒音低減装置への適用に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態における能動騒音低減装置のブロック図
【図２】処理回路の伝達特性を計算するためのブロック図
【図３】図２のブロック図における伝達特性例を示す図
【図４】処理回路の伝達特性を求めるためのブロック図
【図５】処理回路の伝達特性例を示す図
【図６】処理回路のμを変化させた時の伝達特性例を示す図
【図７】本発明の実施の形態における能動騒音低減装置の消音動作を説明するためのブロック図
【図８】調整回路の構成例を示すブロック図
【図９】本発明の他の実施の形態における能動騒音低減装置のブロック図
【図１０】本発明の他の実施の形態における能動騒音低減装置の処理回路の伝達特性例を示す図
【符号の説明】
【００５４】
１０１  処理回路
１０２  正弦波生成手段
１０３  余弦波生成手段
１０４  １タップデジタルフィルタ
１０５  １タップデジタルフィルタ
１０６  係数更新手段
１０７  係数更新手段
１０８  調整回路
１０９  第１の変換手段（スピーカ）
１１０  第２の変換手段（マイク）
１１１  処理回路に相当する部分
１１２  処理回路の伝達関数
１１３  調整回路の伝達関数
１１４  第１の変換手段と第２の変換手段とそれらの間の空間伝達特性を含めた伝達関数
１１５  処理回路を簡略化したもの
１１６  １タップデジタルフィルタ
１１７  ブロック処理部
【図１】
2007025527.tif 000013
【図２】
2007025527.tif 000014
【図３】
2007025527.tif 000015
【図４】
2007025527.tif 000016
【図５】
2007025527.tif 000017
【図６】
2007025527.tif 000018
【図７】
2007025527.tif 000019
【図８】
2007025527.tif 000020
【図９】
2007025527.tif 000021
【図１０】
2007025527.tif 000022